基于电离层资料的同步自适应短波通信选频方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于电离层资料的同步自适应短波通信选频方法，包括如下步骤：(1)根据短波通信链路定时利用电离层资料得到信道的最大可用频率；其中电离层资料包括实时观测资料和历史资料等；(2)根据最大可用频率并综合通信效率和/或可通频率的持续时间确定可用频率范围；(3)将可用频率范围发送给同步自适应短波通信系统；(4)同步自适应短波通信系统在可用频率范围内通过同步自适应选频的方式扫描得到最佳可用频率，进行通信。该方法可以避免现有技术中需预置信道信息带来的效率低或难以获得最佳可用频率的缺陷，从而高效的选择最佳通信频率，该方法对改善短波数据通信的综合效能具有显著效果。
【专利说明】基于电离层资料的同步自适应短波通信选频方法
【背景技术】
[0001] 短波通信利用电离层对高频无线电波反射来实现信息传递，是无线电通信的一 种，也是远程通信的主要手段之一。短波通信具有很好的抗毁坏性。当有自然灾害或战争 发生时，其它通信网络有可能受到破坏，短波通信由于不受网络枢纽和有源中继体制约，仍 可以实现通信。在山区、戈壁、海洋等超短波覆盖不到地区，主要依靠短波通信。另外，短波 通信还具有灵活性高、设备简单和运行成本低廉等优点。因此，在当今新型的通信系统不断 涌现的情况下，短波这种传统的通信方式仍然受到全世界普遍重视。在世界上主要发达国 家的C4I系统中都部署了短波通信系统，而且越来越发挥着重要的作用。
[0002] 电离层的状态随地区、季节、时间、太阳活动等因素的不同而变化，特别是当太阳 耀斑、磁暴、电离层骚扰等极端空间天气事件放生时，变化则更为剧烈。因此，短波通信的选 频问题一直是短波通信应用的重要问题之一。
[0003] 短波通信选频经历了长期频率预测、实时频率系统和自适应通信系统等三个主要 的阶段。
[0004] (1)长期频率预测主要根据太阳黑子数及季月时间来预测通信链路的最高可用频 率（MUF)。这种方法基于月中值的概念，所获得的频率是月平均条件下的最佳频率，该值往 往与实际通信过程中的最大可有频率（MUF)有较大偏差。
[0005] (2)上个世纪60年代以来，美国、英国等国家发展了 CURT、SHEC、Chirp等实时选 频系统。通信时，先由实时选频系统探测获得最佳通信信道的信息，然后将该信息输入短波 通信系统进行通信。由于实时选频系统可以实时获取电离层传输条件和噪声干扰，可以较 快地选取通信可用频率，所以准确性较高。但是，该系统比较复杂，造价昂贵，主要应用于重 要的短波干线通信，并不能普遍应用到任意链路通信。
[0006] (3)上个世纪80年代以来发展了自适应通信技术。自适应通信系统将选频和通信 融为一体，可以在通信的间隙进行短波信道的探测和评估，可以获取短波通信可用频率，是 短波通信选频的重要进步。
[0007] 同步自适应短波通信系统的收发终端设置了相同的扫描频率表，并且通过GPS授 时保证收发两端时间同步。系统工作时，先进行自动建链，然后进行通信。自动建链时，系 统首先按照扫描频率表的顺序对信道进行扫描，具体步骤如下：
[0008] (1)发射端先发射某一频率建链信号，接收端在相同频率接收。
[0009] (2)接收端收到建链信号后，再发射相同频率的建链信号给发射端，发射段记录信 号的信噪比。
[0010] (3)发射端根据信号的信噪比确定该频率是否满足通信要求，如果满足，结束建链 过程；否则，扫描下一个频率。最后，系统在筛选出的信道上进行通信。
[0011] 自适应通信系统工作前需要在系统中预置若干个信道信息。如果预置的信道足够 多，可以使信道频率范围足够大和信道频率密度足够高，确保信道探测时获取最佳可用频 率，但信道探测过程时间长、效率低；如果预置的信道数量少，要么信道的频率覆盖范围窄， 要么信道的频率密度低，虽然信道探测过程时间缩短，但是可用信道数量同时也在减少，而 且很难获得通信的最佳可用频率。可见，现有技术中的同步自适应短波通信选频方法不能 高效率的选择最佳通信频率。
【发明内容】
[0012] 本发明公开了一种基于电离层资料的同步自适应短波通信选频方法，该方法采用 实时观测资料或历史资料得到最大可用频率进而确定可用频率范围后，将其输入至同步自 适应短波通讯系统，避免现有技术中需预置信道信息带来的效率低或难以获得最佳可用频 率的缺陷，从而高效的选择最佳通信频率，该方法对改善短波数据通信的综合效能具有显 著效果，在短波通信领域具有重要和广泛的使用价值。
[0013] 本发明的基于电离层资料的同步自适应短波通信选频方法，包括如下步骤：
[0014] (1)根据短波通信链路定时利用电离层资料得到信道的最大可用频率；其中电离 层资料包括实时观测资料和历史资料等；
[0015] (2)根据最大可用频率并综合通信效率和/或可通频率的持续时间确定可用频率 范围；
[0016] (3)将可用频率范围发送给同步自适应短波通信系统；
[0017] (4)同步自适应短波通信系统在可用频率范围内通过同步自适应选频的方式扫描 得到最佳可用频率，进行通信。
[0018] 其中，在一个实施方式中，第（1)步骤包括如下子步骤：
[0019]将电离层垂直观测系统得到实时频高图（垂直入射电波的频高图）根据公式⑴ 转换成斜入射电波的频高图；
[0020]
【权利要求】
1. 一种基于电离层资料的同步自适应短波通信选频方法，其特征在于，包括如下步 骤： (1) 根据短波通信链路定时利用电离层资料得到信道的最大可用频率；其中电离层资 料包括实时观测资料和历史资料等； (2) 根据最大可用频率并综合通信效率和/或可通频率的持续时间确定可用频率范 围； (3) 将可用频率范围发送给同步自适应短波通信系统； (4) 同步自适应短波通信系统在可用频率范围内通过同步自适应选频的方式扫描得到 最佳可用频率，进行通信。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，第（1)步骤包括如下子步骤： 将电离层垂直观测系统得到实时频高图（垂直入射电波的频高图）根据公式（i)转换 成斜入射电波的频高图； f ,fji + (k)2 ⑴ J ob J v 其中，f；b为电离层中的电波传播的斜入射电波反射频率，fv表示在同一电离层真高处 垂直入射电波的反射频率，h'为直入射电波反射点的虚高，D为斜入射电波在地面收、发两 点之间的距离； 从斜入射电波的频高图中包括的多个斜入射电波反射频率f；b中获取其最大值，即得 到从同一电离层真高处反射的地面收、发两点之间距离为D的斜入射电波的最大可用频率 f i max 0
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，第（1)步骤包括如下子步骤： 先从电离层垂直观测的实时频高图中获取电离层F2层的临界频率f〇F2 ; 调整国际参考电离层模式的F107输入值，比较国际参考电离层模式输出的f〇F2和电 离层垂直观测获得f〇F2数值，利用最小二乘原理，得到等效的F107数值； 将F107数值输入国际参考电离层模式，输出地面收、发两点之间距离为D的斜入射电 波中点位置的电子浓度剖面； 利用中点位置的电子浓度剖面，得到频高图；根据公式（i)将该频高图转换成斜入射 电波的频1?图； ,r 搭+(h) f = f χ--：- (i) J ob J v 其中，f；b为电离层中的电波传播的斜入射电波反射频率，fv表示在同一电离层真高处 垂直入射电波的反射频率，h'为直入射电波反射点的虚高，D为斜入射电波在地面收、发两 点之间的距离； 从斜入射电波的频高图中包括的多个斜入射电波反射频率f；b中获取其最大值，即得 到从同一电离层真高处反射的地面收、发两点之间距离为D的斜入射电波的最大可用频率 f i max 0
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，第（1)步骤包括如下子步骤： 将当天实测的F107数值输入国际参考电离层模式，输出地面收、发两点之间 距离为D的斜入射电波中点位置的电子浓度剖面； 利用中点位置的电子浓度剖面，得到电离层垂直观测的频高图；根据公式（i)将该频 高图转换成斜入射电波的频高图； 持+ (k) f = f _:- (i) J ob J v ^ 其中，f；b为电离层中的电波传播的斜入射电波反射频率，fv表示在同一电离层真高处 垂直入射电波的反射频率，h'为直入射电波反射点的虚高，D为斜入射电波在地面收、发两 点之间的距离； 从斜入射电波的频高图中包括的多个斜入射电波反射频率f；b中获取其最大值，即得 到从同一电离层真高处反射的地面收、发两点之间距离为D的斜入射电波的最大可用频率 f i max 0
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，第（1)步骤包括如下子步骤： 先从电离层垂直观测的实时频高图中获取电离层F2层的临界频率f〇F2 ; 调整国际参考电离层模式的F107输入值，比较国际参考电离层模式输出的f〇F2和电 离层垂直观测获得f〇F2数值，利用最小二乘原理，得到等效的F107数值； 将F107数值输入国际参考电离层模式，输出地面收、发两点之间距离为D的斜入射电 波中点位置的电子浓度剖面； 将中点位置的电子浓度剖面输入到射电追踪仿真器（PIRTS)中，得到地面收、发两点 之间距离为D的斜入射电波的最大可用频率f_。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，第（1)步骤包括如下子步骤： 将当天实测的F107数值输入IRI模式，输出地面收、发两点之间距离为D的斜入射电 波中点位置的电子浓度剖面； 将中点位置的电子浓度剖面输入到射电追踪仿真器（PIRTS)中，得到地面收、发两点 之间距离为D的斜入射电波的最大可用频率f_。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，第（2)步骤中， 可用频率范围为0. 7f；b?0. 9f；b。
【文档编号】H04B17/00GK104270190SQ201410559304
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月20日 优先权日:2014年10月20日
【发明者】余涛, 王云冈, 曾中超, 徐彬彬, 彭开志, 毛田, 王劲松 申请人:国家卫星气象中心, 中国船舶重工集团公司第七二二研究所